NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH LƯỢNG MỘT SỐ ĐỘT BIẾN CỦA HỘI CHỨNG ĐỘNG KINH, GIẬT CƠ VỚI SỢI CƠ KHÔNG ĐỀU – MERRF Ở NGƯỜI VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------

Bùi Thị Khánh

NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH LƢỢNG MỘT SỐ ĐỘT
BIẾN CỦA HỘI CHỨNG ĐỘNG KINH, GIẬT CƠ VỚI SỢI CƠ
KHÔNG ĐỀU – MERRF Ở NGƢỜI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

Bùi Thị Khánh

NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH LƢỢNG MỘT SỐ ĐỘT
BIẾN CỦA HỘI CHỨNG ĐỘNG KINH, GIẬT CƠ VỚI SỢI CƠ
KHÔNG ĐỀU – MERRF Ở NGƢỜI VIỆT NAM

Mã số: 60420114
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS. Phan Tuấn Nghĩa

Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS.TS.
Phan Tuấn Nghĩa, thầy luôn tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn Thị Hồng Loan, ThS. Nguyễn Văn
Minh và Cn. Phùng Bảo Khánh và các anh chị em làm việc tại phòng Protein tái tổ
hợp thuộc Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Enzyme và Protein, Trƣờng
Đại học Khoa học Tự Nhiên đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm.
Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu Trƣờng Cao đẳng Y tế Thái Bình,
Trƣởng khoa Y học cơ sở và các anh em trong bộ môn Y học cơ sở đã tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi đƣợc đi học nâng cao trình độ của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý thầy, cô trong Bộ môn Sinh lý
thực vật và Hóa sinh, Khoa Sinh học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã truyền
đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Tôi xin g i lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban Chủ
nhiệm Khoa Sinh học và các Phòng chức năng của Trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi học tập, hoàn thành
chƣơng trình học Cao học.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên,
khích lệ tôi hoàn thành khóa học.
Hà Nội, tháng 12 năm 2015
HVCH: Bùi Thị Khánh

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN …..…………………………………………………………... ii
MỤC LỤC …..…………………………………………………………………….. iii
DANH MỤC C C K HI U VÀ CHỮ VIẾT TẮT….……………….…….vi
DANH MỤC C C BẢNG............................................................................... viii
DANH MỤC C C HÌNH………………………………………………...... ..ix
MỞ ĐẦU............................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LI U ............................................................. 3
1.1. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TY THỂ NGƢỜI ....................... 3
1.1.1. Cấu trúc của ty thể ............................................................................. 3
1.1.2. Chức năng của ty thể ......................................................................... 6
1.1.2.1. Ty thể hoạt động như một nhà máy năng lượng của tế bào ....... 6
1.1.2.2. Ty thể và quá trình lão hóa ......................................................... 7
1.1.2.3. Ty thể và quá trình tự chết của tế bào ........................................ 9
1.1.3. Hệ gen ty thể và đặc điểm di truyền của hệ gen ty thể .................... 10
1.1.3.1. Hệ gen ty thể ............................................................................. 10
1.1.3.2. Đặc điểm di truyền của hệ gen ty thể........................................ 12
1.1.3.3. Tính chất dị tế bào chất và tốc độ đột biến của ty thể .............. 12
1.2. ĐỘT BIẾN GEN TY THỂ VÀ C C B NH LIÊN QUAN .................. 13
1.2.1. Các loại đột biến gen ty thể ............................................................. 13
1.2.1.1. Đột biến điểm ............................................................................ 14
1.2.1.2. Đột biến cấu trúc mtDNA ......................................................... 15
1.2.2. Các bệnh do đột biến gen ty thể ...................................................... 15
1.2.2.1. Hội chứng gây ra bởi các đột biến điểm phổ biến trên gen mã
hóa tRNA ................................................................................................ 17
1.2.2.2. Các hội chứng liên quan đến các đột biến điểm phổ biến trên
gen mã hóa protein ................................................................................ 19
1.2.2.3. Các bệnh liên quan đến các đột biến trên gen mã hóa rRNA... 21
1.2.2.4. Bệnh gây nên bởi các đột biến khác trên mtDNA ..................... 22
1.3. HỘI CHỨNG ĐỘNG KINH, GIẬT CƠ VỚI SỢI CƠ KHÔNG ĐỀU

(MERRF) ....................................................................................................... 24
1.3.1. Các đột biến của hội chứng MERRF ............................................... 25

iii


1.3.1.1. Đột biến A8344G ...................................................................... 25
1.3.1.2. Đột biến T8356C ....................................................................... 26
1.3.1.3. Đột biến G8363A ...................................................................... 26
1.3.2. Những tác động của hội chứng MERRF trên ngƣời
bệnh......................................................................................................... 27
1.3.3. Các phƣơng pháp phát hiện đột biến MERRF............................... 30
1.3.3.1. Phát hiện đột biến thuộc hội chứng MERRF bằng PCR kết hợp
với RFLP ...........………………………………………………………………30
1.3.3.2. Phân tích đột biến thuộc hội chứng MERRF bằng xác định
trình tự gen …...……………………………........................................... 31
1.3.3.3. Kỹ thuật đa dạng cấu hình sợi đơn SSCP (single-stranded
conformational polymorphism)..………………………………………....31
1.3.3.4. Định lượng đột biến gen ty thể bằng phương pháp real-time
PCR ………………..…………………………………………………………32
1.3.3.5. Phát hiện đột biến DNA ty thể bằng hệ thống cảm biến sinh
học .......................................................................................................... 32
CHƢƠNG 2: NGUYÊN LI U VÀ PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU ........... 34
2.1. NGUYÊN LI U ..................................................................................... 34
2.1.1. Mẫu bệnh phẩm ............................................................................... 34
2.1.2. Các hóa chất, nguyên liệu khác ....................................................... 34
2.2. M Y MÓC VÀ TRANG THIẾT BỊ ..................................................... 34
2.3. PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU .......................................................... 35
2.3.1. Tách chiết DNA tổng số .................................................................. 35
2.3.2. Kiểm tra và định lƣợng DNA tách chiết .......................................... 35

2.3.3. Nhân bản đoạn gen ty thể bằng kỹ thuật PCR ................................. 36
2.3.4. Kỹ thuật PCR kết hợp với kỹ thuật đa hình chiều dài các đoạn phân
cắt giới hạn (PCR-RFLP) .......................................................................... 37
2.2.5. Điện di trên gel agarose ................................................................... 37
2.2.6. Điện di trên gel polyacrylamide ...................................................... 38
2.2.7. Kỹ thuật real-time PCR s dụng mẫu dò huỳnh quang dạng khóa
cầu axit nucleic (LNA-locked nucleic acid) .............................................. 39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 43
3.1. THU THẬP MẪU M U B NH NHÂN VÀ T CH CHIẾT DNA
TỔNG SỐ ...................................................................................................... 43

iv


3.1. Một số đặc điểm của mẫu phân tích ................................................... 43
3.2. Tách chiết DNA tổng số của các mẫu ................................................ 43
3.2. SÀNG LỌC C C ĐỘT BIẾN GEN THUỘC HỘI CHỨNG MERRF Ở
NGƢỜI VI T NAM BẰNG PHƢƠNG PH P PCR-RFLP ........................ 44
3.2.1. Sàng lọc đột biến A8344G............................................................... 44
3.2.1.1. Nhân bản đoạn gen từ 8155 - 8366 bằng PCR ......................... 44
3.2.1.2. Phân tích sự có mặt của đột biến A8344G bằng PCR-RFLP ... 45
3.2.2. Sàng lọc đột biến T8356C ............................................................... 47
3.2.1.1. Nhân bản đoạn gen từ 8166 - 8358 bằng PCR ......................... 47
3.2.2.2. Phân tích sự có mặt của đột biến T8356C bằng PCR-RFLP ... 48
3.2.3. Sàng lọc đột biến G8363A............................................................... 49
3.2.1.1. Nhân bản đoạn gen từ 8342 - 8582 .......................................... 49
3.2.2.2. Phân tích sự có mặt của đột biến G8363A bằng PCR-RFLP ... 51
3.3. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN ĐỂ ĐỊNH LƢỢNG ĐỘT BIẾN
A8344G BẰNG KỸ THUẬT REAL-TIME PCR ........................................ 53
3.3.1. Thiết kế mẫu dò huỳnh quang Taqman LNA .................................. 53

3.3.1.1. Thiết kế mẫu dò huỳnh quang Taqman LNA............................. 53
3.3.1.2. Đánh giá tính đặc hiệu của mẫu dò đột biến A8344G.............. 55
3.3.2. Xây dựng đƣờng chuẩn và đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp
real-time PCR để định lƣợng đột biến A8344G ........................................ 57
3.3.2.1. Định lượng số bản sao của plasmid mang đoạn gen đột biến và
không đột biến A8344G.......................................................................... 57
3.3.2. 2. Kết quả xây dựng đường chuẩn đột biến A8344G ................... 57
3.2.4. Th nghiệm khả năng phát hiện và định lƣợng đột biến A8344G .. 61
3.4. SÀNG LỌC ĐỘT BIẾN GEN THUỘC HỘI CHỨNG MERRF BẰNG
PHƢƠNG PH P GIẢI TRÌNH TỰ TRỰC TIẾP ........................................ 62
3.4.1. Kết quả giải trình tự vùng gen mang đột biến MERRF 8155-9292
trên hệ gen ty thể........................................................................................ 62
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 64
TÀI LI U THAM KHẢO................................................................................. 65
PHỤ LỤC …………………………………………………………………………..79

v


DANH MỤC CÁC K HIỆU VÀ CH VIẾT TẮT
APS

Ammonium persulfate

ANT

Adenine nucleotide translocase

ADP

Adenine diphosphat

ATP

Adenine triphosphate

bp

Base pair (cặp bazơ)

BFQ

Black fluorescence quencher (chất hấp phụ huỳnh quang)

CoQ

Coenzyme Q

CPEO

Chronic progressive external ophthalmoplegia
(Bệnh liệt mắt cơ ngoài tiến triển kinh niên)

Cyt c

Cytochrome c

Cyt b

Cytochrome b

D-loop

Vòng chuyển vị

dNTP

Deoxyribonucleoside triphosphate

ddH2O

Deionized distilled H2O (nƣớc cất loại ion, kh trùng)

EtBr

Ethidium bromide

FAD+

Flavin adenine dinucleotide (dạng oxi hóa)

FADH2

Flavin adenine dinucleotide (dạng kh )

IPTG

Isopropyl-β-D-Thiogalactopyranoside

kb

Kilobase

KSS

Kearns-Sayre syndrome (Hội chứng KSS)

LB

Luria Bertani

LHON

Leber’s hereditary optic neuropathy
(Bệnh liệt thần kinh thị giác di truyền theo Leber)

LNA
MELAS

Locked nucleic acid (nucleotide dạng khóa)
Mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, stroke-like
Episodes (Hội chứng não giật cơ, tăng acid lactic máu và giả
tai biến mạch)

MERRF

Myoclonic epilepsy with ragged-red fibres
(Hội chứng động kinh, giật cơ với sợi cơ không đều)

MIDD

Maternally inherited diabetes and deafness

vi


(Bệnh tiểu đƣờng và câm điếc di truyền theo mẹ)
MRI

Magnetic resonance image (Hình ảnh chụp cộng hƣởng từ)

mtDNA

Mitochondrial DNA (DNA ty thể)

nDNA

Nuclear DNA (DNA nhân)

NAD+

Nicotinamide adenine dinucleotide (dạng oxi hóa)

NADH

Nicotinamide adenine dinucleotide (dạng kh )

NARP

Neuropathy, ataxia and retinitis pigmentos

(Hội chứng gây liệt, mất sự điều hòa và viêm võng mạc

OD

Optical density (Mật độ quang học)

PCR

Polymerase chain reaction (Phản ứng chuỗi polymerase)

PEO

Progressive external ophthalmoplegia
(Bệnh liệt cơ mắt ngoài tiến triển)

RFLP

Restriction fragment length polymorphism
(Sự đa hình các đoạn phân cắt giới hạn)

ROS

Reactive oxygen species (dạng oxy phản ứng)

SDS

Sodium dodecylsulphate

TAE

Tris -Acetate-EDTA

TBE

Tris -Borate-EDTA

TEMED
Tm

N, N, N’, N’- Tetramethyl-Ethylenediamine
Melting temperature (Nhiệt độ tách chuỗi)

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các biểu hiện và triệu chứng lâm sàng của 62 bệnh nhân MERRF . 29
Bảng 2.1: Chu trình nhiệt cho phản ứng PCR các đoạn gen mang đột biến
MERRF ............................................................................................................. 36
Bảng 2.2: Thành phần bản gel polyacrylamide 12% ........................................ 38
Bảng 2.3: Trình tự của mồi và mẫu dò dùng cho real-time PCR...................... 41
Bảng 3.1: Trình tự mồi nhân đoạn gen 8155 - 8366 ......................................... 44
Bảng 3.2: Trình tự và sản phẩm cắt của enzyme BanII .................................... 46
Bảng 3.3: Trình tự mồi cho phản ứng PCR đoạn gen 8166 - 8358 .................. 47
Bảng 3.4: Trình tự mồi cho PCR đoạn gen 8342 - 8582 .................................. 50
Bảng 3.5: Trình tự của mẫu dò dùng cho real-time PCR.................................. 54
Bảng 3.6: Tƣơng quan giữa nồng độ DNA plasmid mang đột biến và không
đột biến A8344G ban đầu và số chu kỳ ngƣỡng đƣợc xác định bằng real-time
PCR ................................................................................................................... 58
Bảng 3.7: Tỷ lệ phần trăm plasmid đột biến 8344G pha sẵn ............................ 59

Bảng 3.8: Kết quả thực nghiệm tỷ lệ phần trăm đột biến của mẫu chuẩn. ....... 60

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc ty thể ..................................................................................... 3
Hình 1.2. Cấu tạo màng ty thể ............................................................................ 4
Hình 1.3. Hệ gen ty thể ..................................................................................... 10
Hình 2.1. Cấu trúc của nucleotide cải biến dạng LNA ..................................... 39
Hình 2.2. Nguyên lý hoạt động của mẫu dò Taqman ....................................... 40
Hình 3.1. Điện di sản phẩm DNA tổng số từ mẫu máu của các bệnh nhân...... 43
Hình 3.2. Kết quả điện di sản phẩm PCR đoạn gen 8155 - 8366 ..................... 45
Hình 3.3. Điện di sản phẩm PCR-RFLP đoạn gen 8155 - 8366 của bệnh nhân46
Hình 3.4. Kết quả điện di sản phẩm PCR đoạn gen 8166 - 8385 ..................... 48
Hình 3.5. Điện di sản phẩm PCR-RFLP đoạn gen 8166 - 8385 của bệnh nhân49
Hình 3.6. Kết quả điện di sản phẩm PCR đoạn gen 8342 - 8582 ..................... 50
Hình 3.7. Điện di sản phẩm PCR-RFLP đoạn gen 8166 - 8385 của bệnh nhân51
Hình 3.8. Kết quả kiểm tra mẫu dò ……………………………………….....60
Hình 3.9. Biểu đồ khuếch đại đoạn gen mang đột biến và không mang đột
biến A8344G bằng real-time PCR .................................................................... 58
Hình 3.10. Sự tƣơng quan giữa tỷ lệ đột biến thực tế và tỷ lệ đột biến lý thuyết 60
Hình 3.11. Th nghiệm định lƣợng 5 mẫu bệnh phẩm không mang đột biến
A8344G bằng real-time PCR ............................................................................ 61
Hình 3.12. Kết quả blast của trình tự 29 mẫu bệnh với trình tự chuẩn J01415.2...63

ix


MỞ ĐẦU

Trong hầu hết các tế bào, ty thể là bào quan quan trọng đảm nhiệm chức năng
cung cấp năng lƣợng dƣới dạng ATP cho các hoạt động của tế bào. Ty thể sản xuất
năng lƣợng bằng cách oxy hóa hoàn toàn các hợp chất trung gian của quá trình
chuyển hóa thức ăn của cơ thể tạo thành sản phẩm cuối cùng là H2O, CO2, và năng
lƣợng dƣới dạng ATP.
Ty thể có hệ gen riêng, nhân bản độc lập với hệ gen nhân. DNA ty thể ngƣời
tồn tại ở dạng mạch vòng kép, có kích thƣớc 16.569 bp, với 37 gen, mã hóa cho 2
RNA ribosome, 22 RNA vận chuyển và 13 protein là thành phần cần thiết trong các
phức hợp của chuỗi hô hấp. DNA ty thể dễ bị tổn thƣơng do ty thể là môi trƣờng
giàu dạng oxy phản ứng và thiếu cơ chế s a chữa hiệu quả dẫn đến nhiều đột biến
xuất hiện trong hệ gen ty thể. Hầu hết các hoạt động của tế bào đều dựa vào nguồn
năng lƣợng ổn định do ty thể cung cấp, do đó những sai hỏng trong DNA ty thể có
thể gây ra sự rối loạn đa hệ thống ảnh hƣởng đến nhiều tế bào, mô và các tổ chức
khác nhau.
Năm 1988, Wallace và tập thể đã công bố đột biến điểm đầu tiên trên hệ gen ty
thể ngƣời gây bệnh liên quan đến thần kinh thị giác di truyền theo Leber (Leber’s
hereditary optic neuropathy - LHON). Cho đến nay, hơn 300 đột biến khác nhau
trong hệ gen ty thể ngƣời đã đƣợc xác định, trong đó có hơn 250 đột biến có khả
năng gây bệnh và kèm theo nhiều hội chứng khác nhau.
MERRF (myoclonic epilepsy with ragged-red fibres) là hội chứng động kinh
giật cơ với sợi cơ không đều, ảnh hƣởng đến hệ thần kinh và cơ xƣơng cũng nhƣ
các hệ thống khác của cơ thể, gây nên bởi những đột biến trên gen MT-TK của
DNA ty thể. Ngoài ra, ngƣời mang hội chứng MERRF có thể kèm theo động kinh,
mất điều hòa vận động, suy nhƣợc và mất trí nhớ. Triệu chứng thƣờng khởi phát ở
trẻ em sau một giai đoạn phát triển bình thƣờng, kết quả hay gặp là điếc, thấp bé,
thoái hóa thần kinh thị giác, đôi khi quan sát đƣợc các u mỡ khu trú dƣới da. Tế bào

1

cơ bất thƣờng và xuất hiện sợi cơ màu đỏ bị xé rách nham nhở khi nhuộm với
Gomori trichrome và quan sát dƣới kính hiển vi.
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hội chứng
MERRF để xác định nguyên nhân, cơ chế biểu hiện bệnh cũng nhƣ tính di truyền
của bệnh. Tuy nhiên, do tính phức tạp trong tác động lâm sàng, mô bệnh học, cơ
chế phát sinh và biểu hiện bệnh nên việc chẩn đoán bằng phƣơng pháp thăm khám
lâm sàng hay bằng các xét nghiệm thƣờng quy là rất khó khăn, vì thế nhiều bệnh
nhân MERRF vẫn chƣa đƣợc phát hiện và không có phƣơng pháp điều trị hiệu quả.
Ở Việt Nam, gần nhƣ chƣa có công trình nào đi sâu nghiên cứu phát hiện và
định lƣợng đột biến MERRF ở ngƣời Việt Nam.
Nhằm góp phần vào công tác chẩn đoán, điều trị và tƣ vấn di truyền đối với
các bệnh nhân, gia đình bệnh nhân mang hội chứng MERRF chúng tôi tiến hành đề
tài: “Nghiên cứu phát hiện và định lượng một số đột biến của hội chứng động
kinh, giật cơ với sợi cơ không đều - MERRF ở người Việt Nam“.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TY THỂ NGƢỜI
1.1.1. Cấu trúc của ty thể
Ty thể là bào quan phổ biến đƣợc tìm thấy trong hầu hết các tế bào nhân
chuẩn. Chức năng chính của ty thể là cung cấp năng lƣợng hóa học cần thiết cho các
hoạt động sinh tổng hợp và vận động của tế bào. Ty thể đƣợc lần đầu tiên tìm thấy
trong tế bào cơ năm 1857 bởi nhà giải phẫu học ngƣời Thụy Sĩ, Kollier. Đến năm
1890, nhà mô học ngƣời Đức, Richard Altmann, bằng phƣơng pháp nhuộm fuchsine
đã quan sát đƣợc ty thể ở nhiều tế bào khác nhau dƣới kính hiển vi quang học [27].
Ty thể có đƣờng kính khoảng 0,5-2 µm và chiều dài 7-10 µm. Hình dạng và
số lƣợng ty thể tùy thuộc vào nhu cầu năng lƣợng của mỗi loại tế bào khác nhau,
các tế bào mô cơ xƣơng hoặc thận cần một lƣợng ty thể lớn hơn các tế bào khác

trong cơ thể. Ty thể có thể hình cầu, hình que hay hình sợi nhƣng đều có cấu trúc
chung giống nhau. Ty thể có khả năng thay đổi hình dạng, kích thƣớc, có thể liên
kết với nhau tạo ra những cấu trúc dài hơn hoặc phân ra thành những cấu trúc nhỏ
hơn. Ngoài ra, ty thể có khả năng di chuyển để phản ứng với những thay đổi sinh lý
bên trong tế bào [35].

Hình 1.1. Cấu trúc ty thể [68]

3


Về cấu trúc, ty thể có cấu tạo dạng màng kép, gồm màng trong và màng
ngoài, bao lấy khối chất nền bên trong, khoảng cách giữa hai màng đƣợc gọi là
xoang gian màng. Cả hai màng đều có bản chất là lipoprotein tƣơng tự nhƣ màng
sinh chất, nhƣng có sự khác biệt về hình dạng và các tính chất lý hóa chuyên trách
cho việc thực hiện các chức năng sinh hóa của chúng [35].
Màng ngoài của ty thể có độ dày 6 nm, có tỷ lệ protein (P)/ lipid (L) lớn hơn
hoặc bằng 1. Màng ngoài ty thể chứa tỷ lệ cholesterol thấp (bằng 1/6 so với màng tế
bào hồng cầu), tỷ lệ phosphatidyl choline cao gấp hai lần so với màng tế bào. Màng
ngoài có nhiệm vụ tiếp thu phần lớn protein sản xuất từ tế bào chất để xây dựng ty
thể và kiến tạo màng. Đặc biệt, màng ngoài của ty thể có tính bán thấm rộng hơn
với các ion và các phân t lớn cho phép các ion di chuyển tự do từ ngoài nguyên
sinh chất vào xoang gian màng và ngƣợc lại. Màng ngoài ty thể còn chứa nhiều
enzyme quan trọng nhƣ các transferase, các kinase, cytochrome-reductase, acyl
CoA synthetase [35].

Hình 1.2. Cấu tạo màng ty thể [67]
Màng trong của ty thể có độ dày 6 nm, protein chiếm 80%, lipid chiếm 20%,
và một lƣợng nhỏ cholesterol. Tỷ lệ giữa cholesterol/phospholipid là 1/53. Màng
trong ăn sâu vào chất nền tạo nên các mào răng lƣợc. Cấu trúc “mào” làm tăng diện

tích bề mặt của màng trong gấp ba lần so với màng ngoài và điều này liên quan đến
chức năng của nó là tăng cƣờng vận chuyển điện t và tổng hợp ATP. Màng trong

4


chứa nhiều protein vận chuyển chủ động ATP, ADP, acid béo và các protein
kênh vận chuyển các ion Na +, K+, Ca2+ và H+. Màng trong là nơi bám của 5 phức
hợp thuộc chuỗi hô hấp bao gồm chuỗi vận chuyển điện t (phức hợp I -IV), ATP
synthase (phức hợp V, còn gọi là F 1F0-ATPase) và adenine nucleotide
translocase (ANT) [9].
Xoang gian màng (khoảng xen kẽ giữa hai màng) là nơi trung chuyển các
chất giữa hai màng, môi trƣờng cũng tƣơng tự và cân bằng với bào tƣơng của tế
bào. Xoang gian màng chứa nhiều ion H+ từ chất nền đi ra do hoạt động của chuỗi
vận chuyển điện t , chứa cytochrome c (Cyt c) là chất mang điện t cơ động cho
chuỗi hô hấp, giải phóng Cyt c vào bào tƣơng sẽ hoạt hóa enzyme caspase có vai trò
trong quá trình chết theo chƣơng trình của tế bào [32].
Chất nền (matrix) là một vùng vật chất không định hình chứa nhiều cấu trúc
đặc biệt. Chất nền này là một phức hệ protein tan trong nƣớc, tƣơng đối đậm đặc và
chứa các enzyme của chu trình Krebs, các enzyme của quá trình oxy hóa acid béo,
acid amin và bộ máy di truyền riêng của ty thể. Nhƣ vậy, ở tế bào động vật, thực vật
và ngƣời ngoài hệ gen nhân, còn có hệ gen tế bào chất nằm trong ty thể. Ty thể có
vật chất di truyền và bộ máy của riêng nó để tổng hợp nên các RNA cũng nhƣ
protein của chúng. Các DNA ngoài nhiễm sắc thể này mã hóa một số các peptide
của ty thể (ở ngƣời là 13 loại peptide). Các peptide này gắn vào lớp màng trong
cùng với các protein khác đƣợc mã hóa trong nhân tế bào [32].
Ty thể nhân lên theo phƣơng thức rất giống với tế bào vi khuẩn. Khi chúng
trở nên quá lớn, chúng bắt đầu chia đôi. Quá trình này xảy ra sau khi bộ DNA của
ty thể đƣợc nhân đôi hoàn toàn, đƣợc thực hiện bằng sự tạo thành rãnh bên trong và
sau đó màng ngoài thắt lại hình thành hai ty thể con. Đôi khi các ty thể mới đƣợc

tổng hợp ở các trung tâm giàu protein và polyribosome cần thiết. Tuy nhiên, nhiều
ty thể không phân đôi và bị phân hủy trong lyzosome theo cơ chế tự tiêu
(autophagy). Cơ chế này giúp duy trì số lƣợng ty thể đặc trƣng trong một tế bào [9].

5


1.1.2. Chức năng của ty thể
1.1.2.1. Ty thể hoạt động như một nhà máy năng lượng của tế bào
Ty thể đóng vai trò trung tâm trong quá trình chuyển hóa năng lƣợng của tế
bào. Quá trình hô hấp biến đổi hóa học và trao đổi chất tại ty thể đã giúp chúng
chuyển đổi năng lƣợng hóa học tiềm tàng trong các hợp chất hữu cơ tạo ra CO2,
H2O và giải phóng năng lƣợng vào phân t cao năng ATP (adenosine triphosphate).
ATP đƣợc tạo thành từ quá trình phosphoryl hóa oxy hóa dựa trên các phức hệ hô
hấp (gọi là chuỗi vận chuyển điện t ) nằm trên màng trong của ty thể. Quá trình oxy
hóa của tế bào s dụng nguồn các đƣơng lƣợng kh NADH và FADH2 nhƣ nguồn
điện t chính trong chuỗi vận chuyển điện t . Các thành phần của chuỗi vận chuyển
điện t nằm ở màng trong của ty thể bao gồm bốn phức hợp I, II, III và IV và một
số chất mang điện t . Các điện t đƣợc vận chuyển dọc theo chuỗi, ba trong bốn
phức hợp hoạt động nhƣ máy bơm proton, đẩy proton từ chất nền tạo thành dòng
chuyển proton. Nhờ gradient proton và sự chênh lệch điện thế qua màng, mà ATP
đƣợc tổng hợp từ ADP và Pi bởi phức hệ F0F1 synthase, do đó cho phép các proton
trở lại chất nền. Sự kết hợp vận chuyển điện t và tổng hợp ATP hoạt động theo cơ
chế hóa thẩm. Có hai giai đoạn tạo ra ATP ở ty thể, đó là chu trình Krebs diễn ra
trong chất nền và quá trình phosphoryl hóa oxy hóa ở chuỗi vận chuyển điện t nằm
ở màng trong ty thể với sự xúc tác của các phức hệ enzyme [23].
Nguồn tạo ra năng lƣợng trong ty thể là carbohydrate, chất béo và protein
đƣợc lấy từ thức ăn, trong đó chủ yếu là carbohydrate. Các hợp chất carbohydrate,
chủ yếu là glucose thông qua quá trình đƣờng phân (glycolysis) đƣợc phân cắt và
biến đổi cuối cùng tạo thành pyruvate, chất kh NADH và một lƣợng ATP.

Pyruvate đƣợc đƣa vào ty thể và bị oxy hóa, decarboxyl hóa để tạo thành acetylCoA (acetyl-CoA có thể tạo ra từ quá trình oxy hóa acid béo) và tiếp tục đƣợc oxy
hóa hoàn toàn qua chu trình Krebs để tạo thành CO2, H2O và năng lƣợng chủ yếu
đƣợc tích trữ dƣới dạng ATP. Trong chu trình Krebs, điện t và proton H+ đƣợc
tách ra và chuyển đến các phân t nhận điện t là NAD+ và FAD+ trong chuỗi vận

6


chuyển điện t để tạo thành NADH và FADH2. Chuỗi vận chuyển điện t bao gồm
bốn phức hợp: nicotinamide adenine dinucleotide coenzyme Q reductase (NADHCoQ reductase/ phức hệ I), succinate CoQ reductase (phức hệ II), ubiquinol
cytochrome b reductase (phức hệ III), cytochrome c oxidase (phức hệ IV) và hai
phân t vận chuyển điện t giữa các phức hệ là coenzyme ubiquinone (CoQ) và Cyt
c. Phức hệ I và II có vai trò xúc tác cho sự nhận điện t của CoQ từ NADH và
succinate. Sau đó phức hệ III xúc tác cho quá trình chuyển điện t từ CoQ đến Cyt
c. Cuối cùng phức hệ IV xúc tác cho sự vận chuyển điện t từ Cyt c tới chất nhận
cuối cùng là oxy phân t . Ở mỗi giai đoạn, điện t đi qua các phức hệ, năng lƣợng
đƣợc giải phóng ra kèm theo việc bơm các proton (H+) từ chất nền qua màng trong
ra xoang gian màng và làm xuất hiện điện thế màng. Do đó, hệ thống F0F1 synthase
hoạt động và tổng hợp ATP từ ADP và phosphate vô cơ [35].
ATP là nguồn năng lƣợng lớn đƣợc s dụng cho tất cả các quá trình trao đổi
chất cần thiết bên trong tế bào. Vì vậy, khi ty thể bị tổn thƣơng, quá trình sản sinh
ra năng lƣợng bị chậm lại, thậm chí là ngừng lại hoàn toàn. Pyruvate không đƣợc
chuyển hóa tiếp, nên bị biến đổi thành lactate, vì vậy các bệnh nhân bị bệnh ty thể
thƣờng có hàm lƣợng lactate trong máu và trong dịch não tủy cao. Do gần nhƣ tất
cả các tế bào đều dựa vào nguồn năng lƣợng ổn định do ty thể cung cấp nên khi ty
thể bị tổn thƣơng có thể gây ra sự rối loạn đa hệ thống, ảnh hƣởng đến nhiều loại tế
bào cũng nhƣ mô và các cơ quan [35].
1.1.2.2. Ty thể và quá trình lão hóa
Lão hóa là một quá trình sinh học phức tạp, là yếu tố nguy cơ lớn cho sự phát
triển của ung thƣ, thoái hóa thần kinh và các bệnh tim mạch. Cơ chế phân t của sự

lão hóa là vấn đề phức tạp, tuy nhiên quá trình oxy hóa và nitrat hóa protein trong tế
bào đã đƣợc đề xuất là cơ sở cho việc suy giảm chức năng của tế bào và làm giảm
khả năng chống chịu của cơ thể [60].
Các gốc tự do, chủ yếu là các dạng oxy phản ứng (ROS – Reactive oxygen
species) đƣợc xem là những phân t tín hiệu của nhiều hoạt động sinh lý. Những

7


năm 1990, hydrogen peroxide đƣợc làm sáng tỏ là có liên quan đến cytokine,
insulin, yếu tố tăng trƣởng, AP-1 và tín hiệu NF-кB [48]. Sau đó, nhiều báo cáo chỉ
ra rằng H2O2 có thể thúc đẩy sự bất hoạt phosphatase bằng sự oxy hóa cysteine làm
ảnh hƣởng đến con đƣờng truyền tín hiệu [58].
Hệ quả của các phản ứng hô hấp trong ty thể là các điện t chƣa ghép cặp, sự
tƣơng tác của các điện t này với oxy tạo thành các gốc superoxide rất hoạt động,
các gốc tự do có hoạt tính cao. Có tám điểm trong ty thể có khả năng sản xuất O2-,
superoxide đƣợc chuyển hóa thành hydrogen peroxide (H2O2) bởi superoxide
dismutase (SODs) khi có sự tham gia của một điện t và 2 proton H+ [48].
Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy rằng ROS có thể gây ra những thay
đổi trong quá trình dịch mã protein. Cụ thể, H2O2 có thể oxy hóa nhóm thiol (-SH)
trong cysteine để tạo thành axit sulphenic (-SOH), tiếp theo phản ứng với GSH sinh
ra glutathionylate (-SSG) mang liên kết disulfide (-S-S-) hoặc amide sulfenyl (-SN).
Mỗi sự thay đổi này có thể ảnh hƣởng đến hoạt động của một protein nhất định.
Phosphorylase bị tác động khá nặng bởi ROS, làm ức chế hoạt động tách gốc
phosphate [48].
Hơn nữa, các gốc tự do khác nhƣ các gốc hydroxyl (OH-) và hydrogen
peoxyde (H2O2) cũng có thể tồn tại ở nồng độ tƣơng đối cao, gây nên nguy cơ oxy
hóa lipid làm tổn thƣơng màng tế bào và ảnh hƣởng đến cấu trúc DNA. Đáng chú ý
rằng sự tác động của các gốc tự do này tới DNA ty thể sẽ lớn hơn DNA trong nhân
do DNA ty thể không liên kết với Histone và không có cơ chế tự s a chữa. Khả

năng tạo năng lƣợng ATP của ty thể giảm và tăng quá trình oxy hoá làm hƣ hại cấu
trúc tế bào. Gốc tự do có thể phá rách màng tế bào khiến chất dinh dƣỡng thất thoát,
tế bào không tăng trƣởng, không đƣợc s a chữa và chết. ROS phá hủy hoặc ngăn
cản sự tổng hợp protein, lipid, đƣờng, tinh bột, enzyme trong tế bào, làm cho
collagen, elastin mất tính đàn hồi khiến da nhăn nheo, cơ khớp cứng nhắc [22].
ROS đƣợc cho là tác nhân chính gây ra những tổn thƣơng sinh lý của tế bào.
Sự tích lũy ROS và các tác nhân oxy hóa có liên quan đến nhiều bệnh lý, bao gồm

8


các bệnh thoái hóa thần kinh, tiểu đƣờng, ung thƣ và lão hóa sớm. ROS và các gốc
tự do gây ra các đột biến gen, tăng sự hình thành và tích lũy các đột biến DNA ty
thể ở các mô trong quá trình lão hóa [48]. Theo thuyết ty thể về lão hoá, việc tích
luỹ những tổn thƣơng ở các thành phần bên trong ty thể bao gồm mtDNA, protein,
lipid làm ảnh hƣởng đến chức năng của ty thể. Nói chung, những tổn thƣơng của
mtDNA trong phạm vi rộng với thời gian dài dẫn đến ty thể bị rối loạn, thậm chí
ngừng hoạt động là nguyên nhân làm cho tế bào chết và cơ thể bị lão hoá [21].
1.1.2.3. Ty thể và quá trình tự chết theo chương trình của tế bào
“Chết theo chƣơng trình” (apoptosis) là một quá trình quan trọng giúp các sinh
vật đa bào duy trì sự toàn vẹn và chức năng của mô và để loại bỏ những hƣ hại hoặc
các tế bào không mong muốn. Ty thể đóng vai trò cốt lõi trong việc điều tiết sự chết
của tế bào bằng cách cung cấp nhiều yếu tố quan trọng bao gồm cả sự hoạt hóa
caspase và phân mảnh nhiễm sắc thể. Ty thể có vai trò quan trọng trong cơ chế tích
tụ Ca2+ và rối loạn quá trình oxy hóa, sự tích lũy lƣợng Ca2+ đủ lớn trong ty thể dẫn
đến sự chết tế bào theo chƣơng trình. Nồng độ và khả năng hoạt động của Ca2+
trong ty thể đƣợc điều khiển bởi họ protein Bcl-2, yếu tố quan trọng tham gia vào
quá trình chết theo chƣơng trình của tế bào [34].
Tín hiệu gây chết nội bào phụ thuộc vào sự phóng thích Cyt c. Tác động của
Cyt c là liên kết với thụ thể protein hoạt hóa procaspase (Apaf-1), tổ hợp lại với

nhau tạo thành heptamer gọi là apoptosome. Apaf-1 trong apoptosome hoạt hóa
procaspase mở đầu (procaspase-9), từ đó hoạt hóa dòng caspase sát thủ để điều dẫn
sự chết tế bào. Bcl-2 điều hòa con đƣờng apoptosis nội bào bằng cách kiểm soát sự
phóng thích Cyt c và các protein khác từ khoảng gian màng của ty thể vào tế bào
chất. Bcl-2 có hai loại: pro-apoptosis Bcl-2 gia tăng sự giải phóng Cyt c và kích
thích sự chết của tế bào; anti-apoptosis Bcl-2 có tác dụng ngƣợc lại, ức chế sự giải
phóng Cyt c từ đó kìm hãm sự chết của tế bào [32, 60].
Nồng độ Ca2+ trong ty thể cũng quyết định đến sự sống còn của tế bào. Sự kích
hoạt nhóm protein pro-apoptosis Bcl-2 đòi hỏi nồng độ ion Ca2+ trong ty thể phải đủ

9


lớn, từ đó dẫn đến các rối loạn về chức năng của ty thể, kích thích giải phóng Cyt c
và hoạt hóa caspase. Mặt khác, khi một lƣợng lớn Ca2+ tích tụ trong ty thể, sẽ tƣơng
tác với cyclophilin D để kích thích mở lỗ bán thấm trên màng trong của ty thể làm
chất nền bị trƣơng lên làm vỡ màng ty thể và phát tán Cyt c. Hơn nữa, Ca2+ còn
kích thích sự tổng hợp các gốc tự do có hoạt tính cao (ROS). Sự dƣ thừa ROS trong
ty thể hoạt động nhƣ chất trung gian của các con đƣờng truyền tín hiệu chết theo
chƣơng trình [34].
Những rối loạn chức năng của ty thể gây ra bởi sự sai hỏng DNA và các yếu tố
gây độc cho gen dẫn đến một kết quả chắc chắn là sự chết tế bào theo chƣơng trình.
1.1.3. Hệ gen ty thể và đặc điểm di truyền của hệ gen ty thể
1.1.3.1. Hệ gen ty thể
Ty thể là bào quan có hệ gen riêng, nhân bản độc lập với gen nhân. DNA ty
thể ngƣời tồn tại ở dạng mạch vòng kép, có kích thƣớc 16.569 bp, gồm 37 gen mã
hóa cho 2 phân t ARN ribosome, 22 phân t ARN vận chuyển và 13 phân t
protein là thành phần cần thiết trong các phức hợp của chuỗi hô hấp.

Hình 1. 3. Hệ gen ty thể [11]

10


ND1-ND6 và ND4L mã hóa 7 tiểu đơn vị của phức hợp (NADH-ubiquinone
oxidoreductase), Cyt b là tiểu đơn vị phức hợp III chỉ đƣợc mã hóa bởi mtDNA
(ubiquinol cytochrome c oxidase reductase), COX 1-3 mã hóa cho 3 tiểu đơn vị của
phức hợp V (ATP synthase). Các phân t protein còn lại của chuỗi hô hấp đƣợc mã
hóa bởi gen nhân, đƣợc dịch mã trong tế bào chất, sau đó đƣợc vận chuyển vào bên
trong ty thể [59].
Đặc biệt, so với hệ gen nhân, hệ gen ty thể chứa rất ít trình tự không mã hóa
xen kẽ với vùng mã hóa. D-loop nằm giữa gen tRNAPhe (gen MT-TK) và tRNAPro
(gen MT-TP) là vùng không mã hóa lớn nhất và có vai trò quan trọng trong điều
hòa quá trình sao chép và phiên mã của hệ gen ty thể, chứa promoter cho sự phiên
mã chuỗi nặng (H) và chuỗi nhẹ (L), chứa điểm khởi đầu của quá trình tái bản. Hai
gen mã hóa cho rRNA (12S và 16S rRNA) và 22 gen mã hóa cho 22 tRNA đƣợc
nằm giữa các gen mã hóa cho protein. Các gen này cung cấp các RNA cần thiết cho
sự tổng hợp protein bên trong ty thể [11].
Hệ gen ty thể sao chép độc lập với hệ gen nhân bằng một hệ thống riêng trong
ty thể nhƣng các enzyme cho quá trình tái bản lại do hệ gen nhân mã hóa. Quá trình
phiên mã và dịch mã của DNA ty thể lại đƣợc điều khiển bởi gen nhân. Hệ gen ty
thể đƣợc phiên mã từ một điểm khởi đầu nằm trên vùng D-loop, bản phiên mã sau
đó đƣợc endonuclease phân cắt để hình thành nên phân t rRNA 12S và 16S, tRNA
và mRNA tiền thân. Phân t mRNA hoàn thiện của ty thể không đƣợc gắn mũ
nhƣng có đuôi polyA. Mô hình phiên mã trên có nhiều điểm giống với một operon
của vi khuẩn [11, 59].
Các tế bào ngƣời có thể chứa tới hàng ngàn bản sao mtDNA trong một tế bào và
có số lƣợng dao động tùy thuộc vào nhu cầu s dụng năng lƣợng của từng loại tế bào.
Số bản sao mtDNA giảm nhiều lần trong quá trình tạo tinh trùng nhƣng dƣờng nhƣ
tăng đột ngột trong quá trình tạo trứng. Số lƣợng bản sao mtDNA thay đổi rất lớn ở

các mô khác nhau và đƣợc kiểm soát nghiêm ngặt trong thời kỳ đầu của quá trình
phát triển của động vật. Số bản sao mtDNA tăng khi quá trình trao đổi chất tăng [46].

11


1.1.3.2. Đặc điểm di truyền của hệ gen ty thể
Sự di truyền của các gen trên mtDNA là sự di truyền qua tế bào chất. Giống
nhƣ các DNA ngoài nhân, DNA ty thể đƣợc di truyền theo dòng mẹ, ngƣời mẹ
truyền gen ty thể cho các con, nhƣng chỉ con gái của bà mới có thể truyền các kiểu
gen này cho thế hệ tiếp theo. Cơ chế di truyền này đƣợc lý giải bởi tế bào trứng của
ngƣời phụ nữ trung bình chứa khoảng 100.000 phân t DNA ty thể, trong đó một
tinh trùng khỏe mạnh chỉ chứa trung bình 100 - 1500 phân t , mặt khác sự suy thoái
của mtDNA trong đƣờng sinh dục nam và sự phá hủy mtDNA của tinh trùng khi
vào tế bào trứng là rất rõ ràng nên mtDNA trong tế bào hợp t thƣờng chỉ đƣợc
thừa hƣởng từ trứng [29, 61].
Đối với các gen nằm trong nhân của tế bào sinh vật nhân chuẩn, chúng tuân
theo các quy luật hoạt động của nhiễm sắc thể trong các cơ chế phân bào. Nhƣng
hệ gen ty thể lại không tuân theo những quy luật đó mà các tính trạng do chúng
xác định có những kiểu di truyền riêng đặc trƣng cho chúng. Đột biến mtDNA
đƣợc truyền từ mẹ sang con nhƣng tỷ lệ số bản sao mang đột biến ở mẹ và con
khác nhau, các cá thể mang đột biến trong một phả hệ gia đình cũng có sự thay
đổi về tần suất đột biến vì vậy mức độ biểu hiện bệnh ở mẹ và các con có thể rất
khác nhau [29, 46].
Một đặc điểm khác biệt nổi bật về tính di truyền gen ty thể là tần số xuất hiện
của gen đột biến giữa mẹ và con cái. Ví dụ, một ngƣời mẹ khỏe mạnh mang đột
biến mtDNA có thể sinh ra hai ngƣời con với tần suất mang gen đột biến hoàn toàn
khác nhau, một ngƣời con khỏe mạnh và một ngƣời con có biểu hiện bệnh trầm
trọng ngay từ khi còn nhỏ. Kiểu di truyền này đƣợc gọi là “nút cổ chai”, theo đó tần
suất mang mtDNA đột biến của các thế hệ con cháu khác nhau đáng kể và cũng

khác với mẹ [14, 46, 50].
1.1.3.3. Tính chất không đồng nhất và tốc độ đột biến của ty thể
Mỗi tế bào có thể chứa hàng ngàn bản sao DNA. Vì vậy, khi xuất hiện đột biến
thì trong cùng một mô có thể có cả mtDNA bình thƣờng và mtDNA đột biến, hiện

12


tƣợng này đƣợc gọi là tính không đồng nhất (Heteroplasmy). Nếu các bản sao của
mtDNA đều giống nhau thì đƣợc gọi là đồng nhất giữa các bản sao ty thể
(Homoplasmy).
Số bản sao mtDNA đột biến so với tổng lƣợng mtDNA của tế bào sẽ xác định
mức độ heteroplasmy, là một nhân tố quyết định mức độ nghiêm trọng của bệnh. Đa
số các đột biến mtDNA gây bệnh đều tồn tại ở dạng heteroplasmy. Những hiểu biết
về mức độ dị plasmid của ngƣời mang đột biến là thông số quan trọng để có thể tiên
lƣợng đƣợc tình trạng bệnh lý và sự di truyền của đột biến gen ty thể [14].
mtDNA có tốc độ đột biến cao gấp 10 - 20 lần so với DNA trong nhân, do hệ
gen ty thể ở dạng trần (không liên kết với các protein bảo vệ kiểu histone nhƣ hệ gen
nhân), không chứa trình tự intron, hệ gen ty thể dễ tiếp xúc với các gốc tự do [54].
Ngoài ra, ty thể không có cơ chế s a chữa DNA hiệu quả nhƣ với DNA trong nhân.
Hiện nay, đã có nhiều đột biến gen ty thể gây bệnh đƣợc phát hiện và nghiên cứu.
Các đột biến gen ty thể này thƣờng gây ra các triệu chứng khác nhau, tuy nhiên chủ
yếu tập trung vào cơ, thần kinh và các chuyển hóa của cơ thể.
1.2. ĐỘT BIẾN GEN TY THỂ VÀ CÁC BỆNH LIÊN QUAN
1.2.1. Các loại đột biến gen ty thể
Bộ gen ty thể có tỷ lệ đột biến rất cao, cao hơn từ 10 đến 20 lần so với đột biến
DNA trong nhân.
Hầu hết những thay đổi trên DNA ty thể là đa hình và có vai trò quan trọng
trong việc theo dõi sự di cƣ của con ngƣời. Những đột biến mtDNA gây bệnh
đầu tiên đã đƣợc xác định vào năm 1988. Kể từ đó, hơn 250 đột biến mtDNA

gây bệnh đã đƣợc phát hiện và nghiên cứu, bao gồm hai loại đột biến chính là
đột biến điểm và đột biến cấu trúc. Các đột biến mtDNA có tính không đồng
nhất về biểu hiện lâm sàng và tuổi khởi phát bệnh, do đó việc xác định tỷ lệ của
bệnh đột biến gen ty thể là rất khó khăn. Ƣớc tính ở phía Đông Bắc nƣớc Anh có
tỷ lệ 1/10.000 ngƣời đã có biểu hiện lâm sàng bệnh ty thể và 1/6000 ngƣời có
nguy cơ mắc bệnh. Nghiên cứu tỷ lệ sinh gần đây đã báo cáo tần số đột biến là

13


0,14% đối với đột biến A3243G và 0,2% đối với đột biến A1555G liên quan đến
MT-RNR1 aminoglycoside gây ra mất thính giác, điều này chứng tỏ rằng những
hiểu biết về đột biến gen ty thể còn nhiều hạn chế [31, 56].
1.2.1.1. Đột biến điểm
Đột biến điểm là đột biến thay thế, mất hoặc thêm một nucleotide xảy ra trong
cấu trúc của gen tại một điểm trên phân t DNA. Hơn 250 đột biến điểm gây bệnh
đã đƣợc xác định trên gen ty thể qua các bệnh nhân với hàng loạt các rối loạn khác
nhau ( ), thƣờng di truyền từ mẹ sang con và liên
quan đến nhiều hệ thống cơ quan. Đột biến điểm trên mtDNA có thể xảy ra trên gen
mã hóa tRNA, rRNA hay protein, tuy nhiên hơn một n a trong số các đột biến điểm
đƣợc báo cáo liên quan đến gen tRNA của ty thể [31].
tRNA ty thể có cấu trúc ngắn hơn và khác biệt với tRNA trong tế bào chất
(mã hóa bởi gen nhân) nên sự sai khác về 1 nucleotide dẫn đến thay đổi dạng
hình L của tRNA, ảnh hƣởng đến cấu trúc bậc ba của chúng. Một số đột biến
trên tRNA ty thể dẫn đến những khiếm khuyết trên phức hợp OXPHOS. Tùy
thuộc vào điểm đột biến trên gen tRNA ty thể sẽ ảnh hƣởng đến các kênh vận
chuyển điện t khác nhau trong chuỗi hô hấp tế bào. Các nguyên nhân gây ra
khiếm khuyết trong quá trình tổng hợp các tRNA ty thể là rất nhiều bao gồm: kết
thúc phiên mã, biến đổi tRNA trƣởng thành, thay đổi bộ ba đối mã, ảnh hƣởng
đến cấu trúc và chức năng của tRNA do đó giảm khả năng gắn acid amin, giảm

liên kết với các yếu tố dịch mã mtEFT hoặc các ribosome ty thể. Đột biến điểm ở
gen mã hóa protein ty thể đặc biệt ảnh hƣởng đến các chức năng của phức hợp
chuỗi hô hấp tế bào mà nó đảm nhiệm [56].
Đột biến điểm trên mtDNA chủ yếu ở dạng không đồng nhất (heteroplasmy),
tỷ lệ đột biến giữa các mô trong cùng một cá thể cũng rất khác nhau. Một số đột
biến gen ty thể ở dạng đồng nhất (homoplasmy) đang đƣợc nghiên cứu nhiều hơn,
đột biến này thƣờng ảnh hƣởng đến các mô xác định và có biểu hiện lâm sàng đặc

14